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　　逆變器設(shè)計(jì)要點(diǎn)：可靠性和效率并舉

　　對(duì)于熟悉功率管理的工程師而言，設(shè)計(jì)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的逆變器有什么要點(diǎn)需要額外注意？首先，就現(xiàn)有光伏系統(tǒng)逆變器的使用情況來(lái)看，它們一般只能使用5到10年，而光伏電池板的使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年，逆變器成為光伏系統(tǒng)中可靠性最低的組件。IR的Alberto Guerra提出，設(shè)計(jì)師必須考慮光伏系統(tǒng)逆變器的使用壽命。“太陽(yáng)能逆變技術(shù)業(yè)界對(duì)于產(chǎn)品壽命有很高的期望，一般都能保證20至25年的使用期，因此特別著重每種元件的可靠性。”盡管半導(dǎo)體元件通常都達(dá)到這種可靠性水平，但對(duì)于無(wú)源元件來(lái)說(shuō)卻有可能是一個(gè)挑戰(zhàn)，特別是電容器。

　　Alberto Guerra進(jìn)一步指出克服該挑戰(zhàn)的解決之道為采用電路拓樸解決方案(軟開(kāi)關(guān)相對(duì)于硬開(kāi)關(guān))，在一定程度上可以減少這些元件所承受的應(yīng)力，滿足太陽(yáng)能業(yè)界相對(duì)于傳統(tǒng)功率管理應(yīng)用的特別需要。他還特別提示設(shè)計(jì)者選擇器件時(shí)需要特別注意半導(dǎo)體特性，包括電壓范圍或開(kāi)關(guān)速度。

　　其次，太陽(yáng)能發(fā)電受制于建設(shè)成本高而發(fā)展遲滯，從經(jīng)濟(jì)帳上來(lái)看總發(fā)電成本也并不環(huán)保。

　　陳子穎認(rèn)為效率是最重要的指標(biāo)，提高太陽(yáng)能逆變器的效率可以節(jié)約電流轉(zhuǎn)換中所損失的能量，進(jìn)而降低太陽(yáng)能發(fā)電的生產(chǎn)成本。

　　“對(duì)于一個(gè)100kW太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，提高效率0.1%就能節(jié)省將近1平方米的電池板，所以效率是第一位的。”陳子穎還談到提高效率，器件的設(shè)計(jì)使用也是非常關(guān)鍵。如何發(fā)揮IGBT模塊的優(yōu)勢(shì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)也密切相關(guān)，例如設(shè)計(jì)中應(yīng)努力減小功率電路的寄生電感，把IGBT驅(qū)動(dòng)得穩(wěn)定一些、更快一些，這都直接影響著系統(tǒng)效率。為此，英飛凌為風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能提供功率單元的整體設(shè)計(jì)方案，如PrimeStack和MODStack產(chǎn)品，可用于幾十千瓦到8兆瓦的逆變器。

　　另辟蹊徑優(yōu)化輸出功率

　　目前，逆變器效率可以達(dá)到97.2%左右，繼續(xù)提高的效率空間也極其有限。一些公司嘗試以其他方式改善太陽(yáng)能發(fā)電的效率，其中以TI推出的“微逆變器”和NS的“電源優(yōu)化器”最具代表。

　　傳統(tǒng)逆變器與多個(gè)太陽(yáng)能電池模塊串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，存在因日照不均、電池性能不均等原因?qū)е螺敵鲂�率下降的弊端，進(jìn)而導(dǎo)致整體的輸出功率大幅降低的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，出現(xiàn)了各個(gè)太陽(yáng)能電池模塊配備逆變器及轉(zhuǎn)換器功能的新架構(gòu)，即“微型逆變器”及“微型轉(zhuǎn)換器”。美國(guó)德州儀器(TI)負(fù)責(zé)太陽(yáng)能電池相關(guān)業(yè)務(wù)的Dave Freeman指出，這樣可以通過(guò)對(duì)各模塊的輸出功率進(jìn)行優(yōu)化，使得整體的輸出功率最大化。

　　此外，與通信功能組合的話，還可用于監(jiān)視各個(gè)模塊的狀態(tài)，檢測(cè)出出現(xiàn)故障的模塊。簡(jiǎn)而言之，微型逆變器是在各個(gè)模塊上全部配備上現(xiàn)有的逆變器功能。也就是說(shuō)，從輸出功率的優(yōu)化到DC-AC轉(zhuǎn)換均由模塊來(lái)進(jìn)行。從模塊輸出的功率為交流，可直接并入電網(wǎng)。IR也擁有滿足微逆變器和直流-直流解決方案需求的特殊產(chǎn)品，這些設(shè)備正代表著一種足以影響大陽(yáng)能逆變器的破壞性技術(shù)。

　　和一般電子設(shè)備的使用環(huán)境相比，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)所在環(huán)境要惡劣得多。一般面板安裝在野外，局部的陰影、不同的傾斜角度及面向方位、污垢、不同的老化程度、細(xì)小的裂縫以及不同光電板的不同溫度等容易造成系統(tǒng)失配，若光電板之間的電壓及電流失配，整個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)便會(huì)出現(xiàn)失配問(wèn)題。此外，太陽(yáng)能系統(tǒng)的使用時(shí)間越長(zhǎng)，其發(fā)電量便越少，令投資回報(bào)大幅下跌。

　　“傳統(tǒng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)有其結(jié)構(gòu)性的缺陷，以致系統(tǒng)性能無(wú)法得到充分發(fā)揮，而且系統(tǒng)的使用時(shí)間越長(zhǎng)，效率便越低，這些缺點(diǎn)限制了太陽(yáng)能系統(tǒng)的市場(chǎng)發(fā)展，令太陽(yáng)能系統(tǒng)無(wú)法普及起來(lái)。”美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)核心市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)張耀強(qiáng)一針見(jiàn)血地指出，太陽(yáng)能系統(tǒng)面對(duì)的最大挑戰(zhàn)是優(yōu)化逆變器性能。

　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體在2009年正式供貨的電源優(yōu)化器SolarMagic，可以利用分布式電路盡量提高每一模塊的發(fā)電量，而且還可調(diào)整每一排光電板的電壓和電流，直至全部取得平衡，以免系統(tǒng)出現(xiàn)失配。此外，每一模塊都具備監(jiān)控功能，因此不但可為系統(tǒng)提供額外防護(hù)，降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，而且還可提高系統(tǒng)性能，確保系統(tǒng)操作更加穩(wěn)定可靠。

　　即使部分電池板受到陰影、灰塵覆蓋等情況的影響，SolarMagic電源優(yōu)化器仍可以跟蹤最佳的局部MPP(最大功率點(diǎn))，可挽回超過(guò)57%損失的發(fā)電量。同時(shí)，SolarMagic電源優(yōu)化器將輸入電壓/電流轉(zhuǎn)換為不同的輸出電壓/電流，以最大限度提高系統(tǒng)中的能量傳輸。

　　電源優(yōu)化器會(huì)以間接的方式互相通信，檢測(cè)自己的電流和電壓環(huán)境并自我調(diào)整，直到串聯(lián)的整排電池板能夠達(dá)到最佳值，同時(shí)在電池板級(jí)別達(dá)到局部?jī)?yōu)化點(diǎn)。SolarMagic電源優(yōu)化器積極解決了集中式MPPT固有的問(wèn)題，因此成功減輕了電池板不匹配問(wèn)題。

　　太陽(yáng)能市場(chǎng)升溫，逆變器價(jià)格有望走低

　　2009年全球經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了一次陣痛，隨著進(jìn)入2010年的到來(lái)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了復(fù)蘇的曙光。據(jù)iSuppli公司預(yù)測(cè)，2010年全球光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量將增長(zhǎng)68%，達(dá)到8.6GW。

　　IR的Alberto Guerra預(yù)測(cè)，在未來(lái)幾年中，太陽(yáng)能工程的市場(chǎng)每年的增長(zhǎng)率將達(dá)到20% 到30%。相應(yīng)地，太陽(yáng)能逆變器的價(jià)格也會(huì)隨之下降。由于逆變器的成本占整體太陽(yáng)能系統(tǒng)成本的15%到20%，因?yàn)榇嬖诟�大的市�?chǎng)需求而得到價(jià)格支持，所以他認(rèn)為半導(dǎo)體價(jià)格的下降并不會(huì)造成行業(yè)的壓力。

　　“盡管未來(lái)難以預(yù)測(cè)，然而在每個(gè)工業(yè)化國(guó)家中，人們對(duì)于可再生能源政策的態(tài)度都有很大的改變。這種情況將會(huì)持續(xù)，更會(huì)延伸至更廣闊的范圍，力度也會(huì)加大。”Alberto Guerra對(duì)未來(lái)持樂(lè)觀的態(tài)度，他認(rèn)為光伏市場(chǎng)將保持增長(zhǎng)勢(shì)頭，而太陽(yáng)能逆變器業(yè)界對(duì)功率產(chǎn)品的需求也將持續(xù)。